【印染污泥】关于印染污泥混燃特性

3.2 污泥燃烧性能综合评价

3.2.1 着火特性分析

着火点是燃料着火性能的主要指标，着火点越低，表明燃料的着火性能越好. 本文采用TG-DTG方法(聂其红等，2001)来确定着火点(着火点数据Ti如表  2所示). 由于污泥中的挥发分含量很高，而比较难燃尽的固定碳的比重相当小，因此污泥易着火燃烧，着火点相对较低. 本实验所采用污泥的着火点在228~285  ℃之间. 就单一污泥而言，YR污泥的着火点最低，其次为LJ和KFQ，而ZZ污泥最高.  ZZ污泥着火点最高说明着火点不仅取决于挥发分总的含量，还取决于污泥中挥发分的成分及其含量(李玉忠等，2014;Xie and Ma，  2013)而KFQ污泥的着火点较低且燃烧较完全，是由于KFQ污泥挥发分析出量多，且析出温度较低(张全国和卢志广，1991; 张全国等，1993).  而ZZ污泥的挥发分初析温度和着火点较高，但燃烧剧烈，DTGmax达到0.69 mg ˙ min-1，可能与其碳的存在形式有关.

表2 实验污泥的燃尽指数

混合试样中各组分含量相差不大时，混合试样在一定比例下的着火点可能同时高于两种组分的着火点(YR污泥混合LJ污泥)，或同时低于两种组分的着火点(YR污泥混合KFQ污泥)，这可能是由于不同污泥混合后相互粘附于表面，改变了颗粒间的孔隙率，或污泥中过高的灰分与过多不可燃元素的增加阻碍了挥发分的析出(胡勤海等，2008).  如果各组分成分及含量相差较大，则混合试样着火点明显随混合比例变化而偏向含量增多组分的着火点(YR污泥混合ZZ污泥).  这也说明，在混合污泥着火过程中，各单一污泥基本保持各自的着火特性. 另外，YR污泥在富氧燃烧条件下其着火点变低，表明富氧条件更利于YR燃烧.

3.2.2 燃尽指数

燃尽特性是表征可燃物燃烧性能的一个重要指标，用燃尽指数Cb(聂其红等，2001)来描述工业污泥的燃尽特性，可定义如下：

式中，f1为TG曲线上着火点对应的试样失重量与试样中可燃质含量的比值;将试样燃烧失重从开始到燃烧98%可燃质的时间定义为燃尽时间τ0，τ0时刻所对应的试样失重量与试样中可燃质含量的比值定义为总燃尽率f，则后期燃尽率f2=f-f1.  其中，f1反映了挥发分相对含量、污泥着火特性的影响，f1越大，污泥可燃性越佳;f2反映了污泥中碳的燃尽性能，与含碳量、碳的存在形态等特性有关，f2越大，污泥的燃尽性能越佳.  由表  2可以看出，LJ污泥的燃尽性能最佳，YR污泥的次之，而ZZ污泥燃尽性能最差，这可能与污泥中灰分、含碳量、挥发分等因素有关.YR污泥的燃尽性能在混合LJ、KFQ污泥后，除了YR50%+LJ50%和YR90%+KFQ10%外，普遍变差.  当ZZ污泥质量分数超过20%时，YR污泥燃尽性能都有所改善，并在ZZ污泥质量分数为40%改善最佳.  YR污泥混煤燃烧时，燃尽特性得到极大改善，这是YR污泥高挥发分、高灰分和煤高固定碳含量、低灰分(表 1)特性结合的结果.  而煤单独燃烧虽然剧烈，但是前期缺少易挥发分和着火点大，使得燃尽指数偏低.  YR污泥在富氧燃烧条件下燃烧时，燃尽时间增加，导致燃尽指数减小，说明富氧燃烧不利于燃尽特性(胡海华等，2014). YR污泥在不同升温速率(10、20、30 ℃  ˙ min-1)下燃烧的燃尽时间和燃尽指数基本按照3 ∶ 2 ∶ 1和1 ∶ 2 ∶ 3的规律变化.

3.2.3 可燃性指数

为进一步评价污泥的燃烧稳定性情况，采用可燃性指数C(于陶然等，1989)来表征试样的整体燃烧特性：

式中，Ti为着火点(K);(dw/dτ)max为最大燃烧速率;C越大表明试样的燃烧着火稳定性能越好. 由表  2可以看出，4种污泥中KFQ污泥的可燃性最好，其次是ZZ污泥，而YR污泥的最差.  并且YR污泥与其他污泥混合后可燃性改善，改善程度随单一污泥自身可燃性大小而改变(如YR污泥混合KFQ、ZZ污泥)或在一定比例下达到最佳(如YR污泥80%+LJ20%).  对比分析4种污泥的工业分析与可燃性指数C来看，可燃性指数C与污泥中的挥发分含量有正相关关系，表明可燃性指数所评估的燃烧特性主要受挥发分析出量影响.  在富氧燃烧条件下可燃性指数增加了33.72%，富氧使污泥可燃性能大大提高，燃烧反应能力增强(周家平等，2011). 随着升温速率的提高，其C单调增加.

3.2.4 综合燃烧特性指数

定义燃料燃烧特性指数的方法中燃尽指数源于评价煤燃烧特性(聂其红等，2001)，煤与污泥相比成分较简单(例如DTG曲线只有1个峰)，因此燃尽指数作为评价污泥燃烧特性的工具缺乏全面性.  可燃性指数形式上较简单，仅考虑了试样前期峰值时燃烧剧烈程度，忽略了后期燃烧剧烈的可能性(例如ZZ污泥800 ℃左右燃烧剧烈).  因此，为全面评价试样的燃烧情况，采用综合燃烧特性指数S(聂其红等，2001)来表征试样的整体燃烧特性：

式中，(dw/dτ)max为最大燃烧速率(mg ˙ min-1);(dw/dτ)mean为平均燃烧速率(mg ˙  min-1)，其值越大，表明燃尽越快;Ti着火点(K)越小表明污泥中挥发分越易析出，Th燃尽温度为试样失重占总失重98%时对应的温度(K).  综合燃烧特性指数S全面反映了试样的着火和燃尽性能，S(mg2 ˙ K-3 ˙ min-2)越大说明试样的综合燃烧性能越佳. 从表  3可以看出污泥中KFQ污泥的综合燃烧特性指数S值最大，而YR污泥的最小，表明污泥的综合燃烧特性指数主要受挥发分含量影响.  而煤由于其自身挥发分和易燃固定碳总含量高，即使着火点高，综合燃烧特性指数S仍然比污泥的高.  在混合试样中，YR污泥与KFQ污泥混合试样的S随着KFQ污泥含量的增加而增大，说明挥发分越高的试样燃烧特性越好(宁寻安等，2011).  而YR污泥和LJ污泥以及YR污泥和ZZ污泥分别在LJ污泥含量20%和ZZ污泥含量40%时达到最佳，这一现象可能是YR污泥和3类污泥在混燃过程中存在交互作用，导致燃烧反应和燃烧特性的变化，因为混燃性能并不一定只是协同交互或如预期的简单相加(Idris  et al., 2010). 在氧体积分数增大的条件下，YR污泥的S指数有所提高，表明富氧燃烧可以有效地提高YR污泥的综合燃烧特性. 对比表 2、表  3中的数据，表明富氧燃烧可以提高火焰温度，降低燃烧着火点和燃尽温度，从而提高燃烧效率(廖艳芬等，2013).  随着升温速率的升高，由于最大燃烧速率和平均燃烧速率基本按照倍数提高，YR污泥燃烧的S指数也相应增大.

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